Co je krystalová struktura?

Mnoho pevných látek a některých krystalických kapalin má pravidelné, opakující se, trojrozměrné uspořádání atomů známé jako krystalová struktura nebo krystalová mříž. Naproti tomu amorfní pevná látka je druh pevného materiálu, jako je sklo, kterému chybí taková opakující se struktura s dlouhým dosahem. Mnoho z fyzikálních, optických a elektrických vlastností krystalických pevných látek nebo kapalin úzce souvisí s krystalovou strukturou. Opakující se jednotky krystalické struktury, které jsou tvořeny malými krabičkami nebo jinými trojrozměrnými tvary, se označují jako „buňky“. Mnoho z těchto buněk je seskupeno do opakující se uspořádané struktury, aby se vytvořila celková struktura.

Krystalová struktura daného krystalického materiálu může ovlivnit mnoho z jeho celkových vlastností. Je to například jeden z hlavních určujících faktorů ovlivňujících optické vlastnosti materiálu. Krystalová struktura také významně ovlivňuje reaktivitu krystalického materiálu, protože určuje uspořádání reaktivních atomů na vnějších hranách a plochách krystalické pevné látky nebo kapaliny. Jiné důležité vlastnosti materiálu, včetně elektrických a magnetických vlastností některých materiálů, jsou také z velké části určeny krystalovou strukturou.

Mineralogové, krystalografové, chemici a fyzici často studují krystalické materiály v laboratorních podmínkách. Některé jednoduché aspekty krystalových struktur lze určit jednoduchými geometrickými měřeními, ale různé metody založené na difrakci rentgenových paprsků, neutronů, elektronů nebo jiných částic umožňují mnohem jednodušší a přesnější stanovení struktury. Někteří vědci se zabývají pouze určováním struktury daného krystalického materiálu, zatímco jiní se více zajímají o určení toho, jak se tato struktura spojuje s jinými vlastnostmi materiálu. Ještě další vědci mají zájem najít užitečné aplikace pro různé materiály na základě jejich struktur a někteří se dokonce pokoušejí syntetizovat nové krystalické pevné látky a kapaliny na základě očekávaných vlastností požadovaných struktur.

Je třeba poznamenat, že ačkoli teoretické krystalické materiály jsou složeny z dokonalé a konzistentní série opakovaných jednotek, skutečné krystaly mají tendenci mít nedostatky. Tyto nedostatky jsou ve většině případů jednoduše nepravidelnostmi v jinak pravidelné krystalové struktuře. V některých případech k tomu dochází, když jeden atom zaujme v dané krystalové struktuře jiné místo, než by normálně bylo. Různé vlastnosti tohoto atomu mohou mít zásadní dopad na to, jak se strukturální jednotky krystalu uspořádají kolem sebe. Podobně defekty nebo nepravidelnosti skutečných krystalů mohou mít podstatný dopad na celkové vlastnosti krystalického materiálu.